暖通空調(diào)系統(tǒng)鼓風機電機的制作方法
【專利說明】暖通空調(diào)系統(tǒng)鼓風機電機
[0001 ] 本申請是中國專利申請CN 201180019805.5的分案申請，原申請的申請日為2011年1月24日，優(yōu)先權日為2010年4月19日，發(fā)明名稱為“暖通空調(diào)系統(tǒng)鼓風機電機”。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及在住宅供暖，通風和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)以及其他應用中使用的鼓風機電機和控制。更特別地，本發(fā)明的實施例涉及一種變速鼓風機電機，該電機可以用作固定分相電容器(permanent split capacitor，PSC)電機或在原始設備制造商(OEM)應用和其他應用中的替代。
【背景技術】
[0003]HVAC系統(tǒng)效率的提高提供了在能源使用中相當可觀的減少。例如，現(xiàn)在許多高效率爐，空調(diào)，空氣處理器具有速率大于90%的年燃料利用效率(Annual Fuel UtilizaitonEfficiency，AFUE)。然而，在這些系統(tǒng)中許多用于移動空氣的鼓風機電機沒有看到顯著的效率提高而具有更低的效率。由于爐和空調(diào)變得更有效，歸因于鼓風機電機的在總能源消耗中的分數(shù)增加，因此使鼓風機電機成為全部HVAC系統(tǒng)能源使用的更大的貢獻者。
[0004]當鼓風機電機運行超出僅用于加熱和冷卻所需時間的延長的時間時，鼓風機電機的低效率性被放大。例如，一些用戶通過設置風扇控制開關至“開”的位置來選擇持續(xù)運行他們的鼓風機電機。這個運行的循環(huán)模式降低溫差層(temperature stratificat1n)，最小化來自管道系統(tǒng)的啟動通風(draft)，改進濕度控制，并增加與HVAC系統(tǒng)結合使用的關聯(lián)的空氣凈化器的效率。通過選擇“開”的位置，鼓風機電機連續(xù)運行，并且相關的熱特性(例如，無論是加熱或冷卻)運行在恒溫器的“需求”設置上。當在“開”位置時，即使當將恒溫器設置到加熱模式時，鼓風機電機通常以用于冷卻的速度運行。這個速度通常適當超過對于獲得上述概述的空氣循環(huán)的效益所需的速度，造成額外的能源使用量和噪聲。此外，通過鼓風機開關在“開”的位置，系統(tǒng)可以不再選擇用于冷卻或加熱的速度并且改為在連續(xù)的風扇轉(zhuǎn)速下連續(xù)地運行。即使當系統(tǒng)設計為在多速電機中選擇合適的速度時，例如，如在美國專利號4815524中公開的，可用于鼓風機“開”使用的速度高于用于這樣的運行需要，并且可以是形成冷點腐蝕(cold spot corros1n)的原因，其需要在專利4815524中公開的關機時間。增加的運行時間也導致更大量的能源使用。
[0005]許多上述的低效率性的結果由在HVAC系統(tǒng)中使用的鼓風機電機類型產(chǎn)生。傳統(tǒng)上HVAC系統(tǒng)使用固定速度或多速固定分相電容式(PSC)電機。這些電機通常具有兩個或多個獨立的電源連接，以適應兩個或多個加熱或冷卻的運行模式。加熱或冷卻的電源輸入通常連接到PSC電機中不同的繞組抽頭以提供在各個運行模式中鼓風機稍微不同的運行速度，允許OEM或安裝者通過抽頭到各個加熱和冷卻的電源連接的適當連接來選擇運行速度。這些到電機的交流電源連接的激勵由溫度開關和從恒溫器驅(qū)動的繼電器的激活來控制。
[0006]—個在住宅HVAC系統(tǒng)中使用的固定速度的PSC電機Μ的例子在圖1中示出并且通常標識為10Α。所圖示的電機具有兩個繞組抽頭(tap)以適應加熱風扇轉(zhuǎn)速和冷卻風扇轉(zhuǎn)速。風扇轉(zhuǎn)速由接收來自恒溫器或其它控制設備的控制信號的爐控制板控制。另一個示例性的PSC電機Μ在圖2中示出并且通常標識為10B。該電機具有4個繞組抽頭以適應兩個的加熱風扇轉(zhuǎn)速和兩個冷卻轉(zhuǎn)速。風扇轉(zhuǎn)速由具有冷/熱繼電器，低/高冷繼電器，和低/高熱繼電器的爐控制板控制。如使用圖1中所示的電機，爐控制板接收來自恒溫器或其它控制設備的控制信號。其它相似的HVAC系統(tǒng)可以包括兩個加熱階段和單一冷卻階段，或任何其他加熱和冷卻速度的組合。圖1和2的電機的單相交流供電電壓(通常是115伏交流電或230伏交流電)由連接L1和Ν提供，在其中L1代表交流供電的熱側(cè)，而Ν是不確定的，在一個典型的115伏交流電的住宅分配系統(tǒng)中Ν是接地電勢。(在正常的230伏交流電系統(tǒng)，另一個熱供電線路將代替不確定線路Ν。)
[0007]如在圖1和2中示出的PSC電機當在高速運行時是相當有效的，但在低速運行時它們的效率可能會降低到20%的范圍內(nèi)。因為空調(diào)的蒸發(fā)器線圈需要比爐熱交換器更高的氣流，在爐運行期間鼓風機電機在較低的速度運行，在此它是較低效的，并且在連續(xù)的風扇“開”的運行期間甚至仍然在更低的速度，在此它是最低效的。
[0008]由于上述的PSC電機的低效性，許多較新的HVAC系統(tǒng)使用變速電機，諸如無刷永磁(ΒΡΜ)電機和相應的電子變速電機控制器?？梢噪娍豧fjijBPM的速度并特別設置以匹配每個應用的氣流需求，因此允許更有效的運行。同樣，BPM電機使用大致正比于電機轉(zhuǎn)速的立方的功率，而PSC電機使用大致正比于電機轉(zhuǎn)速的功率。因此，當電機轉(zhuǎn)速下降時，BPM電機比PSC電機使用更少的功率。當連續(xù)地運行鼓風機用于如上所述的循環(huán)時，這是特別重要的。
[0009]雖然變速電機常常優(yōu)于PSC電機，但用變速電機替代現(xiàn)有的PSC電機在機械，布線，或系統(tǒng)的控制配置中需要昂貴，耗時和復雜的變化。已經(jīng)開發(fā)了在現(xiàn)有的HVAC系統(tǒng)中配置用于PSC電機的替代的變速電機的系統(tǒng)，但許多系統(tǒng)具有相對復雜的控制和傳感系統(tǒng)。例如，一些系統(tǒng)需要在HVAC系統(tǒng)的出口管道系統(tǒng)中安裝溫度傳感器用于基于溫度控制電機的轉(zhuǎn)速。其他替代系統(tǒng)需要直接從恒溫器到電機的低電壓控制信號的連接。完成這些連接在現(xiàn)有HVAC系統(tǒng)中可能是麻煩并且困難的。此外，這些已知的系統(tǒng)缺乏靈敏度以在低運行速度操作鼓風機和不利于在現(xiàn)有的爐控制板中的繼電器和控制功能。
[0010]還有其他的替代系統(tǒng)使用現(xiàn)有的爐控制板的控制功能但是缺乏當爐控制板沒有要求電機運行時的備用電源。這使得程序啟動和停止延時，斜坡下降(ramp-down)或斜坡上升(ramp-up)特征，或其他控制特征不可能直接進入變速電機。
[0011]因此，需要提供一種改進的HVAC的PSC電機的替代電機以實現(xiàn)變速鼓風機電機的優(yōu)點而不需要HVAC系統(tǒng)的顯著改變。通過利用簡單的控制電路和消除廣泛的額外布線的需要，例如結合傳統(tǒng)的變速電機和現(xiàn)有的替代變速電機系統(tǒng)所使用的，對于減少這種替代系統(tǒng)的復雜性是更有利的。對于提供更容易用啟動和停止延時，電機斜坡上升速度，和/或電機斜坡下降速度定制的HVAC鼓風機電機也是更有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明解決了許多上面描述的問題和其他問題并在HVAC鼓風機電機和其他電機領域提供了顯著的進步。
[0013 ]本發(fā)明的一個實施例為鼓風機電機組件，該鼓風機電機組件大致包括變速電機和電機控制器;第一電源輸入，用于接收來自爐控制板或其他控制裝置的多個交流電源信號；和第二電源輸入，用于即使當?shù)谝浑娫摧斎霙]有接收到交流電源信號時接收來自用于供電電機控制器的交流